알루미늄 녹 in

1. 소개

질문 “알루미늄 녹입니다?” 재료 공학에서 자주 발생합니다, 산업 디자인, 그리고 심지어 매일 DIY 프로젝트.

엄격하게 말하면, 녹은 산화철을 나타냅니다, 철과 강철의 벗겨진 붉은 갈색 부식 제품.

알루미늄은 다른 산화물을 형성하기 때문입니다 (산화 알루미늄), 그것은 기술적으로 철분이하는 방식으로 녹슬지 않습니다.. 그럼에도 불구하고, 알루미늄은 특정 조건에서 부식 될 수 있습니다.

이 기사는 알루미늄 산화의 화학을 설명합니다, 철 녹음과 대조합니다, 다양한 부식 모드를 검사합니다, 보호 전략을 설명합니다.

2. "녹"vs 정의. 산화 알루미늄

기술적으로, 녹은 붉은 갈색 플라킹 물질을 말합니다.산화철- 철이 산소 및 수분과 반응 할 때 형성됩니다.

알류미늄, 비철 금속입니다, 이런 식으로 녹슬지 않습니다. 대신에, 그것은 겪습니다 산화, 열심히 생산, 무색의, 및 부착 층 산화 알루미늄 (알 ₂ 오 ₂).

이 산화물 층은 공기와 물이 존재할 때 거의 즉시 형성됩니다., 추가 부식을 억제하는 자연스러운 장벽을 만듭니다.

이 과정은 때때로 평신도로 "흰색 녹"이라고합니다., 강철의 녹슬과 근본적으로 다릅니다.

3. 알루미늄의 보호 산화 층

천연 산화물 형성 및 두께

공기 노출에 즉시, 알루미늄은 ~ 2-5 nm 두께의 원시 산화물을 개발합니다. 영화 제작 연구 (XPS, 타원체) 이 층이 몇 초 안에 형성되는지 확인하십시오.

건조한 공기에서, 두께 고원; 습한 환경에서, 약간 두껍게 될 수 있습니다 (5–10 nm) 그러나 보호적인 상태로 남아 있습니다.

자가 분비 메커니즘

작은 스크래치가 산화물을 위반하는 경우, 필름을 복구하기 위해 산화 된 신선한 알루미늄.

이것 자기 치유 메커니즘은 충분한 산소 또는 수증기가 존재하는 한 지속적인 보호를 보장합니다..

제한된 산소 설정에서 (예를 들어, 정체 된 물에서 수중), 수파는 여전히 발생할 수 있지만 느릴 수 있습니다.

Allool의 기계적 및 화학적 특성

산화 알루미늄은입니다:

• 딱딱한 (Mohs ~ 9), 표면 스크래치 저항 증가.
• 화학적으로 안정 중성 및 알칼리성 배지에서 최대 ~ ph 9, 강하게 산성으로 공격했지만 (ph < 4) 또는 알칼리성 (ph > 9) 환경.
• 낮은 전기 전도도, 현지화 된 부식에 기여할 수 있습니다 (예를 들어, 구덩이) 특정 조건 하에서.

4. 다양한 환경에서 알루미늄의 부식 거동

대기 노출

• 건조한 기후: 원시 필름을 넘어서 최소한의 추가 산화; 외관은 여전히 ​​광택이납니다.
• 습한 공기: 산화 층은 약간 두껍게됩니다, 보호 유지. 오염 물질 (그래서, 아니요) 이슬을 산성화시킬 수 있습니다, 가벼운 구덩이를 유발합니다.
• 해양 분위기: 클로라이드가 함유 된 에어로졸은 산화물을 공격합니다, 보호 코팅이없는 경우 구덩이로 이어집니다.

수성 환경

• 담수: 알루미늄은 온화한 중성수에 저항합니다, 안정적인 al₂oable 형성.
• 해수: 높은 염화물 (~ 19,000 ppm) 홍보 구덩이 부식. 작은 구덩이가 형성 될 수 있습니다, 그러나 균일 한 부식은 여전히 ​​낮습니다.
• 산성/알칼리성 용액:

• • ph < 4: 산화물 용해, 베어 메탈을 빠른 공격에 노출시킵니다.
  • ph > 9: 산화물도 용해됩니다 (Al₂o₂ 용해도가 증가합니다), 활발한 부식으로 이어집니다.

고온 산화

공기 중 ~ 200 ° C 이상, 산화물 층은 더 두껍게 자랍니다 (최대 마이크로 미터까지) 포물선 비율 추세에서.

여전히 보호하는 동안, Al과 Allool 간의 차동 열 팽창은 빠르게 냉각되면 스폴이션을 유도 할 수 있습니다.. 엔진 구성 요소에서 (예를 들어, 피스톤), 설계는 제어 된 산화물 성장을 설명합니다.

갈바니 부식

알루미늄이 더 고귀한 금속에 접촉 할 때 (강철, 구리) 전해질의 존재하에, 알루미늄은 양극이되어 우선적으로 부식됩니다.

적절한 단열 또는 음극 보호는 갈바니 공격을 방지합니다.

5. 알루미늄 부식의 유형

알루미늄의 원주민 필름은 많은 조건에서 실질적인 보호를 제공하지만, 다양한 환경과 응력은 뚜렷한 부식 모드를 유발할 수 있습니다.

균일 한 부식

균일 한 부식 (때로는 일반 부식이라고합니다) 노출 된 표면에 걸쳐 금속 손실이 상대적으로 손실됩니다..

알루미늄으로, 균일 한 부식은 산화 방지 할 때 발생합니다 (알 ₂ 오 ₂) 용해되거나 화학적으로 불안정 해집니다, 기초 금속이 거의 일정한 속도로 산화되도록 허용.

구덩이 부식

피팅은 클로라이드 또는 다른 공격적인 음이온이 국소화 된 지점에서 수동적 인 al₂o₃ 장벽을 위반할 때 시작됩니다..

구덩이가 핵 생성됩니다, 국소 산성화가 발생합니다 (용해 된 Al³의 가수 분해로 인해), 더 많은 용해 알루미나 및 구덩이 깊이를 가속화합니다.

구덩이 형태는 종종 좁고 깊습니다, 상당한 침투 전에 감지하기가 어려워집니다.

곡물 간 부식

곡물 간 부식 (IGC) 곡물 경계 영역을 우선적으로 공격합니다, 종종 열처리 중에 합금 요소가 침전 된 경우 (예를 들어, 온도에서 150–350 ° C).

이들은 침전된다 (Cu -Rich, mg₂si, 또는 al₂cu) 합금 용질의 인접한 매트릭스를 고갈시킵니다, 곡물 경계를 따라 좁은 양극 경로를 만듭니다.

부식성 환경에 몰입 할 때, 곡물 경계는 곡물 내부보다 앞서 부식됩니다, 곡물 드롭 아웃 또는 부서지기 쉬운 고장 경로가 발생합니다.

스트레스-성분 균열 (SCC)

SCC는 세 가지 조건이 필요한 시너지 실패 모드입니다.: 감수성 합금, 부식성 환경, 그리고 인장 스트레스 (잔류 또는 적용).

이러한 조건 하에서, 균열은 금속/산화물 계면에서 시작하여 항복 강도보다 훨씬 낮은 스트레스 수준에서 intergranularly 또는 chartherly로 전파됩니다..

틈새 부식

틈새 부식은 개스킷에서 차폐 또는 제한된 지역에서 발생합니다, 리벳 머리, 또는 랩 조인트 - 정체 된 전해질이 산소로 고갈되는 곳.

틈새 안에서, 금속 용해는 Al³ gener를 생성하고 지역 환경을 산성화합니다 (al₂o₂ → al³⁺ + 3오).

음극 반응 (산소 감소) 틈새 밖에서 발생합니다, 내부에 추가적인 양극 용해를 주도합니다.

클로라이드 이온은 틈새에 농축 물을 충전 중립으로 유지합니다., 공격을 가속화합니다.

요약 표 - 알루미늄 부식 메커니즘

6. 부식성에 대한 합금 효과

알루미늄의 고유 부식 저항은 얇은 빠른 형성에서 비롯됩니다., 부착 된 알루미늄 산화물 (알 ₂ 오 ₂) 영화.

하지만, 엔지니어링 실습에서, 거의 모든 구조적 알루미늄은 합금 형태로 사용됩니다, 그리고 각 합금 요소는 산화물 층의 안정성과 보호에 크게 영향을 줄 수 있습니다..

순수한 알루미늄 대. 알루미늄 합금

• 순수한 알루미늄 (1100 시리즈): 최소 금속계로 인한 탁월한 부식 저항; 화학 장비에 사용됩니다.
• 2XXX 시리즈 (al-cu): 부식 저항이 낮습니다, 특히 강수량 경화 합금 (예를 들어, 2024), SCC와 편파 공격에 취약합니다.
• 5XXX 시리즈 (Al – MG): 좋은 해양 부식 저항; 선체에서 일반적입니다 (예를 들어, 5083, 5052).
• 6XXX 시리즈 (al -mg -i): 균형 잡힌 강도와 부식 저항; 건축 압출에 널리 사용됩니다 (예를 들어, 6061).
• 7XXX 시리즈 (Al – Zn – Mg): 강도가 매우 높지만 적절한 치료없이 SCC에 취약합니다..

구리의 역할, 마그네슘, 규소, 아연, 그리고 다른 요소

• 구리: 강도를 높이지만 부식성과 구덩이 저항을 낮 춥니 다.
• 마그네슘: 해양 환경에서 부식 저항을 향상 시키지만 제어되지 않으면 편집 내 부식을 촉진 할 수 있습니다..
• 규소: 유동성과 주파수를 향상시킵니다; A356과 같은 합금은 겸손한 부식 성능을 보여줍니다.
• 아연: 힘에 기여하지만 일반적인 부식 저항을 줄입니다.
• 추적 요소 (Fe, MN, Cr): 해로운 금속 릭스를 최소화하십시오; MN은 곡물 구조를 정제하는 데 도움이됩니다, 부식 행동에 도움이됩니다.

열처리 및 미세 구조 영향

• 솔루션 열처리 및 노화: 유해한 침전물을 용해시킵니다, 입자 간 부식 감소.
• 과다: 입자 경계에서 조잡한 침전물은 부식을 악화시킬 수 있습니다.
• 강수 경화: 강도와 부식의 균형을 맞추기 위해 신중한 제어가 필요합니다.
• 열 작업: 냉담한 (예를 들어, 구르는) 적절한 어닐링이 뒤 따르는 한 국소 부식을 향상시키는 탈구를 생성 할 수 있습니다..

7. 보호 조치 및 표면 처리

양극화

• 프로세스: 전해질 산화는 더 두꺼운 알로오 층을 만듭니다 (10–25 μm).
• 유형:

• • 황산 양극화 (II 형): 건축 및 소비자 제품에 일반적입니다 (색상).
  • 하드 양극화 (III 형): 더 두꺼운 (25–100 μm), 높은 내마모성; 기계 및 항공 우주에 사용됩니다.
  • 크롬산 양극화 (I 형 I): 희석제 (5–10 μm), 더 나은 부식 저항, 최소 차원 변화; 항공 우주 구성 요소에 사용됩니다.

• 이익: 향상된 부식 보호, 페인트에 대한 접착력 개선, 장식 마감.

변환 코팅

• 크로메이트 변환 코팅: 16 진수 또는 삼위화 크롬 기반; 좋은 부식 저항과 페인트 접착력을 제공합니다.
  환경 문제는 3 가지 대안을 주도하고 있습니다.
• 인산염 코팅: 알루미늄에서는 덜 일반적입니다; 때때로 페인트 접착력을 향상시키는 데 사용됩니다.
• 비 초록 대안: 불소 기반, 지르코 네이트, 또는 hexavalent chromium없이 부식 방지를 제공하는 티타 네이트 화학.

유기농 코팅

• 액체 페인트: 에폭시 프라이머, 폴리 우레탄 탑 코트, 또는 플루오 폴리머는 수분과 UV에 대한 보호를 마무리합니다.
• 분말 코팅: 폴리 에스테르, 에폭시, 또는 폴리 우레탄 분말이 적용되어 구운 내구성이 뛰어난 필름을 형성합니다.. 두꺼운 커버리지는 부식과 마모에 저항합니다.

음극 보호 및 희생 양극

• 희생 양극 (아연, 마그네슘): 침수 된 알루미늄 구조를 보호하기 위해 해수에 사용됩니다; 양극은 우선적으로 부식됩니다.
• 감동적인 전류: 작은 알루미늄 품목의 경우 덜 일반적입니다; 대형 해양 구조물에 사용됩니다.

8. 결론

알루미늄 녹이 아닙니다 기존의 의미에서, 그러나 그것은 부식됩니다, 일반적으로 추가 공격으로부터 보호하는 안정적인 산화물 층을 형성합니다..

재료의 부식에 대한 저항, 강도 대 중량 비율과 결합되었습니다, 항공 우주에서 건설에 이르는 산업에 이상적입니다..

하지만, 부식 메커니즘을 이해합니다, 환경 적 제한, 보호 조치는 수명과 성능을 보장하는 데 중요합니다..

올바른 합금을 결합하여, 표면 처리, 설계 고려 사항, 알루미늄은 수십 년 동안 유지 보수가없는 서비스를 제공 할 수 있습니다.

 

일반적인 오해

알루미늄의 부식 행동이 광범위하게 연구되었습니다, 산업과 대중 담론 모두에서 몇 가지 오해가 지속됩니다.

이러한 오해를 해결하면 엔지니어가 도움이됩니다, 디자이너, 최종 사용자는 알루미늄 구성 요소를 선택하거나 유지할 때 정보에 입각 한 결정을 내립니다..

"알루미늄은 결코 부식되지 않습니다"

알루미늄은 모든 형태의 부식에 불완전하다는 널리 퍼져 있습니다.. 실제로, 알루미늄은 강철처럼 녹슬지 않습니다, 여전히 부식을 겪습니다.

천연 산화물 필름 (알 ₂ 오 ₂) 공기에 노출되면 거의 즉시 형성됩니다, 절대적인 보호를 제공하지만 절대적인 보호를 제공합니다.

염화물이 풍부한 환경 또는 산성 배수구와 같은 공격적인 조건에서, 그 수동 층은 분해 될 수 있습니다, 구덩이 또는 틈새 부식으로 이어집니다.

그러므로, 알루미늄은 종종 코팅되지 않은 강철을 능가합니다, 여전히 수명을위한 적절한 합금 선택 및 표면 처리가 필요합니다..

"알루미늄의 흰색 분말은 무해합니다"

알루미늄 표면이 흰색으로 발달 할 때, 가루 잔류 물 - 공동체로 "흰색 녹"이라고 불리는 것은 위협이 없다고 가정합니다..

하지만, 이 분말은 습도 또는 화학적 노출로 형성되는 수산화물 또는 탄산염 퇴적물로부터 발생합니다..

드러나지 않았습니다, 이 퇴적물은 금속에 대한 수분을 유지할 수 있습니다, 축적 아래의 국소 부식을 육성합니다.

정기적 인 청소 및 보호 코팅 응용 프로그램은 근본적인 손상을 방지하는 데 중요합니다., 특히 노출 된 판금 또는 구조 부재.

"모든 알루미늄 합금은 동일한 부식 거동을 가지고 있습니다."

또 다른 오해는 모든 알루미늄 합금이 균일 한 부식 저항을 나타냅니다.. 사실은, 합금 요소는 성능을 극적으로 변경합니다.

예를 들어, 5XXX 시리즈 (Mg-bearing) 합금은 해양 환경에서 우수한 저항을 보여줍니다,

2xxx 및 7xxx 시리즈 (Cu- 그리고 Zn-bearing) 치료받지 않은 상태에서 구덩이와 스트레스-성분 균열이 발생하기 쉽습니다..

저비용을 가정합니다, 고강도 합금은 모든 환경에서 충분할 것입니다..

따라서, 올바른 시리즈와 성미를 지정하고 양극화 또는 클래딩을 적용 할 가능성은 원하는 서비스 수명을 확보합니다..

"Galvanic 부식은 극한 조건에서만 중요합니다"

일부 디자이너는 갈바니 부식이 매우 공격적이거나 침수 된 서비스에서만 발생한다고 생각합니다..

사실, 미량의 수분도 마찬가지입니다, 해안 기후의 모닝 듀와 같은, 충분한 전도도를 만들 수 있습니다

알루미늄 패스너와 구리 배선 사이의 갈바니 셀을 시작하려면, 또는 스테인레스 스틸과 접촉하는 알루미늄 트림.

시간이 지남에 따라, 양극 알루미늄은 우선적으로 부식됩니다, 관절 완화 또는 구조적 약화로 이어집니다.

이것을 피하기 위해, 엔지니어는 항상 다른 금속을 단열하거나 호환되는 패스너를 지정해야합니다..

"양극화는 알루미늄을 완전히 부식 방지합니다"

양극화, 그러나 알루미늄을 무적으로 만들지는 않습니다.

열 순환 또는 기계적 응력에 노출되면 단단해진 표면이 미세 균열을 일으킬 수 있습니다, 적절한 밀봉없이, 그들은 공격적인 이온에 다공성을 유지합니다.

따라서, 해양 환경에 대한 표준 황산산화 양극에만 의존하면 시간이 지남에 따라 구덩이가 생길 수 있습니다..

양극화와 실러를 결합합니다, 탑 코트, 또는 캐시 딕 보호는 종종 신청을 요구하는 데 필요합니다.

"고순도 알루미늄은 모든 부식 문제를 완화합니다."

순도는 알루미늄의 산화에 대한 타고난 저항성을 향상시킵니다, 아직도 99.99% 순수한 알루미늄은 개스킷 또는 밀봉 된 인클로저 내부에서 틈새 부식을 겪을 수 있습니다..

미량 불순물 - 아이언, 규소, 구리 - 입자 경계에 집중하도록합니다, 국소화 된 갈바니 세포 생성.

실제로, 매우 고순도 알루미늄 합금 (예를 들어, 1100) 지역화 된 공격을 보상 할 기계적 강도가 부족하기 때문에 구조 응용 분야에서 제한된 사용을 찾으십시오..

필요한 합금 요소와 순도의 균형은 필수적입니다.